(57)【要約】  Co, Fe, Ni及びBのうちから選んだ少なくとも一種を含有する体心立方構造の第1の強磁性膜と、第一の強磁性膜の上に設けられた第一のシード膜と、第一のシード膜の上に設けられた(100)配向した岩塩構造の酸化物の膜絶縁膜とを有するスピン注入素子。
2012014415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の強磁性膜と、前記第一の強磁性膜の上に設けられたシード膜と、前記シード膜の上に設けられた障壁膜と、前記障壁膜の上に設けられた第二の強磁性膜とを有するトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の強磁性膜と前記第二の強磁性膜は(001)配向した体心立方格子の膜で、前記シード膜と前記障壁膜は(001)配向した岩塩構造の酸化物の膜で、前記シード膜の膜厚が0.4 nm以上1.0 nm以下であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記障壁膜はMg1-aXaO (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0<a≦1）であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記シード膜はMg1-bYbO (YはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦b＜a）であり、その岩塩構造(001)配向の配向性が前記障壁膜よりも良い事を特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の強磁性膜と第二の強磁性膜はCo, Fe, 及びNiを少なくとも一種含む体心立方格子である事を特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記シード膜と前記障壁膜の間に非磁性シード膜が設けられ、前記非磁性シード膜はMg1-cXc (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦c≦1)、もしくはNa, V, Cr, Rb, Mo, Ba, 及びWを少なくとも一種含んだ体心立方格子からなり、その膜厚は2 nm以下である事を特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
垂直記録連続媒体、ディスクリート媒体、パターン媒体のうち少なくとも１つの磁気記録層を有する磁気記録媒体と、前記記録媒体を駆動する駆動部と、請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定の位置へ移動させるアクチュエーターと、前記磁気ヘッドからの出力信号を処理する手段とを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項７】
請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子と、前記トンネル磁気抵抗効果素子に読み込みまたは書き込み用の電流を注入するトランジスタを備えた事を特徴とする磁気メモリ。
【請求項８】
強磁性膜と、前記強磁性膜の上に設けられたシード膜と、前記シード膜の上に設けられた障壁膜と、前記障壁膜の上に設けられた非磁性膜とを有する非局所スピン注入素子において、前記強磁性膜は(001)配向した体心立方格子の膜で、前記シード膜と前記障壁膜は(001)配向した岩塩構造の酸化物の膜で、前記シード膜の膜厚が0.4 nm以上1.0 nm以下であることを特徴とする非局所スピン注入素子。
【請求項９】
請求項8記載の非局所スピン注入素子において、前記障壁膜はMg1-aXaO (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0<a≦1）であることを特徴とする非局所スピン注入素子。
【請求項１０】
請求項8記載の非局所スピン注入素子において、前記シード膜はMg1-bYbO (YはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦b＜a）であり、その岩塩構造(001)配向の配向性が前記障壁膜よりも良い事を特徴とする非局所スピン注入素子。
【請求項１１】
請求項8記載の非局所スピン注入素子において、前記第一の強磁性膜と第二の強磁性膜はCo, Fe, 及びNiを少なくとも一種含む体心立方格子である事を特徴とする非局所スピン注入素子。
【請求項１２】
請求項8記載の非局所スピン注入素子において、前記非磁性膜はＡｇやＶ等のスピン拡散長の長い金属、もしくはSiやGeやGaAs等の半導体であることを特徴とする非局所スピン注入素子。
【請求項１３】
請求項8記載の非局所スピン注入素子において、前記シード膜と前記障壁膜の間に非磁性シード膜が設けられ、前記非磁性シード膜はMg1-cXc (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、０≦c≦１)、もしくはNa, V, Cr, Rb, Mo, Ba, 及びWを少なくとも一種含んだ体心立方格子からなり、その膜厚は2 nm以下である事を特徴とする非局所スピン注入素子。
【請求項１４】
垂直記録連続媒体、ディスクリート媒体、パターン媒体のうち少なくとも1つの磁気記録層を有する磁気記録媒体と、前記記録媒体を駆動する駆動部と、請求項６記載の非局所スピン注入素子を搭載した磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定の位置へ移動させるアクチュエーターと、前記磁気ヘッドからの出力信号を処理する手段とを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Mg1-xXxOの岩塩構造(001)配向の配向性を向上させる特定の膜厚を持ったシード膜からなる低抵抗かつ高いスピン注入効率を持つスピン注入素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非磁性障壁層を介したスピン注入素子は、強磁性固定膜の上に非磁性障壁膜を積層した構造からなり、磁気ヘッドや不揮発メモリ等に使われるトンネル磁気抵抗素子(例えば非特許文献1)や、磁気ヘッド等に応用可能な純粋スピン流を生じさせる非局所スピン注入素子(例えば非特許文献2)等に使われる。【０００３】
スピン注入素子としては、非特許文献1に記載されたような、酸化アルミニウムを障壁層として用い、その絶縁膜を二つの強磁性膜で挟んだトンネル磁気抵抗素子が知られているが、このTMR素子では工業的に使用するための十分な電気的出力信号を得ることができなかった。【０００４】
最近、スピン注入素子の非磁性障壁膜として酸化マグネシウムを用いることにより、上記した酸化アルミニウムを非磁性障壁膜に用いたスピン注入素子よりも高効率なスピン注入が実現され、結果としてTMR素子において数倍大きな磁気抵抗比が得られることが報告されている。(例えば非特許文献3)
ハードディスクの磁気ヘッドや不揮発性磁気メモリに応用可能なスピン注入素子は最近注目を集めているが、必須の構造である障壁膜には酸化物からなる絶縁体が使われており、素子自体の高い抵抗が微細化したデバイス開発の障害となっている。そのため、低抵抗かつ高効率なスピン注入を実現する素子の開発が求められているが、酸化マグネシウムよりも高いスピン注入効率を有する障壁膜は今のところ見つかっていない。そのため酸化物を用いながらも、低抵抗かつ高効率なスピン注入を実現する障壁膜の開発が強く要望されている。【０００５】
スピン注入素子の障壁膜として酸化マグネシウムのみを使用した場合、膜厚を規定すると酸化マグネシウム固有のバンドギャップで素子の抵抗が決まってしまうため、素子の低抵抗化は困難である。一方で、酸化マグネシウムを非磁性障壁膜に用いることで高いスピン注入効率を実現するのは、酸化マグネシウムが岩塩構造の(001)方向に配向するためだと言われている(例えば非特許文献4)。そこで、いくつかの膜を組み合わせて、酸化マグネシウムのみを障壁膜として用いたときよりもバンドギャップが小さく、かつ岩塩構造の(001)方向に配向した障壁膜の開発が強く望まれていた。【０００６】
化学式Mg1‐yXyO(X: Zn, Ca, Sr, Ba, Cd, 及びBの内から選んだ一種または二種以上、0＜y≦1）で表される酸化物は、酸化マグネシウムよりもバンドギャップが小さく、かつXの分量がある程度以下であれば岩塩構造を保つことが知られ
ており(例えば非特許文献5)、上記の酸化物を用いた磁気抵抗効果素子は例えば特開2
007-305610号公報や特開2010-109208号公報に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2007-305610号公報
【特許文献２】特開2010-109208号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Miyazaki and N. Tezuka, J. Magn. Magn. Mater. 139, L231（1995）
【非特許文献２】F. J. Jedma, et al., Nature 416, 713（2002）
【非特許文献３】S. Yuasa et al., Nature Material 3, 868 (2004)
【非特許文献４】W. H. Butler et al., Phys. Rev. B 63, 054416 (2001)
【非特許文献５】S. Choopun et al., Appl. Phys. Lett. 80 1529 (2002)
【非特許文献６】W. H. Butler et al., Phys. Rev. B 63, 054416 (2001)
【非特許文献７】J. Mathon et al., Phys. Rev. B 63, 220403 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ハードディスクの磁気ヘッドや不揮発性磁気メモリに応用可能なスピン注入素子は最近注目を集めているが、必須の構造である障壁膜には酸化物からなる絶縁体が使われており、素子自体の高い抵抗が微細化したデバイス開発の障害となっている。そのため、低抵抗かつ高効率なスピン注入を実現する素子の開発が求められているが、MgOよりも高いスピン注入効率を有する障壁膜は今のところ見つかっていない。そのため酸化物を用いながらも、低抵抗かつ高効率なスピン注入を実現する障壁膜の開発が強く要望されている。【００１０】
MgOを非磁性障壁膜に用いることで高いスピン注入効率を実現するのは、MgOが岩塩構造の(001)方向に配向するためだと言われている(例えば非特許文献4や非特許文献5)。スピン注入素子の障壁膜としてMgOを使用した場合、膜厚を規定すると酸化マグネシウム固有のバンドギャップで素子の抵抗が決まってしまうため、素子の低抵抗化は困難である。そこで、MgOよりもバンドギャップが小さく、かつ大きなスピン注入効率を有する障壁膜の開発が強く望まれている。【００１１】
本発明は、小さいバンドギャップを持つ障壁膜を岩塩構造の(001)方向に高配向させるためのシード膜を用いて、上記の要請に有利に応えることのできる低抵抗かつ高効率なスピン注入素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第一の強磁性膜と、前記第一の強磁性膜の上に設けられたシード膜と、前記シード膜の上に設けられた障壁膜と、前記障壁膜の上に設けられた第二の強磁性膜とを有するトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の強磁性膜と前記第二の強磁性膜は(001)配向した体心立方格子の膜で、前記シード膜と前記障壁膜は(001)配向した岩塩構造の酸化物の膜で、前記シード膜の膜厚が0.4 nm以上1.0 nm以下であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、低抵抗かつ高いスピン注入効率を併せ持つスピン注入素子が得られる。従って、この新規な特性を付随させたスピン注入素子を搭載することにより、微細化に適した高出力の磁気ヘッドや低抵抗の不揮発性磁気メモリを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第一の構成例を示した図である。
【図２】本発明の非局所スピン注入素子の第一の構成例を示した図である。
【図３】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第二の構成例を示した図である。
【図４】本発明の非局所スピン注入素子の第二の構成例を示した図である。
【図５】本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。
【図６】本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。
【図７】本発明の記録再生ヘッドの概念斜視図を示した図である。
【図８】本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記憶装置のヘッドの概念図を示した図である。
【図９】MgO(tnm)/Mg0.7Zn0.3O(20nm)の岩塩構造(001)方向の配向性を示したX線測定の結果を示した図である。
【００１５】
【図１０】障壁層がCoxFe80-xO20/MgO(tnm)/Mg0.7Zn0.3O(1.5-tnm)/CoxFe80-xO20からなるトンネル磁気抵抗効果素子の、面積抵抗のMgOシード膜厚依存性を示した図である。
【００１６】
【図１１】MgO(tnm)/X(1)/Mg0.7Zn0.3O(20nm)(Xは非磁性金属)の岩塩構造(001)方向の配向性を示したX線測定の結果を示した図である。
【図１２】MgO (t nm)/Mg0.7Zn0.3O (15 nm)のX線回折測定結果を示した図である。
【図１３】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第二の構成例を示した図である。
【図１４】MgO (t nm)/ Mg0.8Zn0.2O (1.5-t nm) を適用した磁気抵抗効果素子のRAのMgOシード膜厚依存性を示した図である。
【図１５】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の第二の構成例を示した図である。
【図１６】MgO (1.5 nm)/X (1 nm)/Mg0.7Zn0.3O (15 nm) (Xは非磁性金属)の岩塩構造(002)方向に対応するX線回折のθ〜42°のピーク強度を示した図である。
【図１７】本発明の非局所スピン注入素子の第一の構成例を示した図である。
【図１８】本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。
【図１９】本発明の磁気メモリセルの構成例を示した図である。
【図２０】本発明の記録再生ヘッドの概念斜視図を示した図である。
【図２１】本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記憶装置のヘッドの概念図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の知見に至った経緯を説明する。
【００１８】
化学式Mg1-aXaO (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦a＜1）で表される酸化物は、MgOよりもバンドギャップが小さく、スピン注入素子の低抵抗化が期待できる。また、Xの分量がある程度以下であれば岩塩構造を保つことが知られており（例えば非特許文献5）、上記の酸化物を用いた磁気抵抗効果素子は例えば特許文献1または特許文献2に開示されている。
【００１９】
スピン注入素子において高いスピン注入効率を達成するためには、完全にスピン分極したΔ1バンドの電子を選択的に透過させる必要があり（例えば非特許文献４や非特許文献５）、障壁膜は岩塩構造の(001)方向に配向している事が望ましい。しかし、上記酸化物Mg1-aXaOはMgOよりも岩塩構造(001) 配向の配向性が悪く、低抵抗化も高いスピン注入効率も実現できないことがわかった。この結晶配向の不安定性はMgOに異種酸化物を混合した事により岩塩構造が不安定化したためと考えられる。
【００２０】
その一方で、バンドギャップの大きいMgOは岩塩構造の(001)方向に高配向する事が知られており、MgOの様な配向性が高い膜をシード膜として障壁膜の下に設ける事で、障壁膜の配向性を向上できると考えられる。しかしMg1-aXaOの格子定数は約0.4 nmであり、これ以下の膜厚ではシード膜自体の構造維持が難しくなってしまい、障壁膜の配向性を向上させるというシード膜としての効果が弱くなってしまう。故に高配向なシード膜の膜厚は0.4 nm以上である必要がある。図９にMg0.7Zn0.3O薄膜の下にMgOを設けた積層膜のX線回折結果を示す。積層構造は、SiO//Ta(5)/MgO(t)/Mg0.7Zn0.3O(20)/Ta(5) (単位はnm)である。岩塩構造(001)配向に対応する2θ〜42°のピーク強度は、MgOの膜厚が0.4 nm以上でシード膜厚の増加と共に大きくなっている。これは0.4 nm以上の膜厚で結晶化したMgOシードが、その上に積層されたMg0.7Zn0.3Oの岩塩構造(001)方向の配向性を向上させている事を示している。
【００２１】
シード膜も障壁膜も絶縁体であるため、総膜厚が大きいと指数関数的に抵抗が増加してしまう。そこで、ここでは総膜厚が一定の状況での低抵抗を検討する。添加物Xが増えると配向性が弱まるためシード膜としてはより添加物Xの少ない膜が用いられるが、添加物Xが多い方がバンドギャップを小さくできる。つまり、シード膜の膜厚は可能な限り薄い方が低抵抗化を期待できる一方、シード膜の膜厚はできるだけ厚い方が配向性を向上させられる可能性があり、スピン注入素子の抵抗を最小にするには最適のシード膜厚が存在する事になる。そこで発明者らは、障壁膜の配向性を向上させ、かつ低抵抗化のために最適な膜厚のシード膜を用いる事で、所期した目的が有利に達成される新規知見を得た。本発明は上記の知見に立脚するものである。
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同じ構成部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００２３】
図1は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す断面模式図である。このトンネル磁気抵抗効果素子1は、下地膜300、配向制御膜301、反強磁性膜302、強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305、シード膜306、絶縁膜307、強磁性膜308、保護膜309を積層して形成され、シード膜306の膜厚を適当に設計することにより面積抵抗と磁気抵抗比が最適化される。本実施例では、トンネル磁気抵抗効果素子はスパッタリング法を用いて作製し、成膜後300℃でアニール処理を施した。【００２４】
下地膜300はTa(5nm)/ Ru(10nm)/Ta(5nm)により形成した。配向制御膜301はNiFe(8nm)により形成したが、安定した反強磁性結合を実現することのできる他の材料を用いてもよい。反強磁性膜302にはMnIr(8nm)を用いたが、膜厚は5〜15nmの範囲で選択可能である。また、MnPt，MnFeなど、Mn化合物で構成される反強磁性膜を用いても安定に反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303にはCoFe(2.5nm)を、非磁性膜304にはRu(0.8nm)を、強磁性膜305には体心立方格子を持つCoFeB(3nm)を用いた。強磁性膜303のCoFeの組成比は、主としてCo組成が50〜90atm％の間で使用した。この組成範囲において、上記反強磁性膜302と安定した反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305は、強磁性膜303と強磁性膜305の磁化が反強磁性結合するような材料を選択した。シード膜306にはMgOを0.4nm〜1.0nmの膜厚の範囲で使用し、絶縁層307にはMg0.7Zn0.3Oをシード膜とあわせて1.5nmになる膜厚にして用いた。シード膜306と絶縁膜307はともに岩塩構造を持つ膜で、(001)方向に配向している。強磁性膜308は体心立方格子をもつCoFeB(2.4nm)を用いた。強磁性膜305と308のCoFeBのCoとFeの組成は25:75〜50:50の範囲で使用するのが好ましい。この組成範囲では、体心立方構造が安定的に存在するためである。【００２５】
図9に示すように、シード膜がないとMg0.7Zn0.3Oの岩塩構造の(001)配向性はMgOよりも悪く、MgOのシード膜の上に積層させることで配向性を上げることが可能となった。このシード層による配向性の向上は、MgOシード膜の膜厚が0.4nm以上で顕著となり、その効果は1.0nm程度で飽和する。ゆえにこのシード膜の効果を利用した低抵抗のトンネル磁気抵抗効果素子を作製するには、MgOシード膜の膜厚を0.4〜1.0ｎｍの範囲で使用するのが望ましい。【００２６】
絶縁膜307は、岩塩構造を有するMg1‐yXyO(X: Zn, Ca, Sr, Ba, Cd, 及びBの内から選んだ一種または二種以上、0＜y≦1）でもよい。これは、表１に示すようにXOの酸化物はMgOよりもエネルギー障壁が小さく、かつXの組成比が70atm%よりも小さければ岩塩構造を保つため、シード膜306によって岩塩構造の(001)配向性を増大させることによって、素子の低抵抗化とトンネル磁気抵抗比の増大を実現できるためである。【００２７】
【表１】
2012014415.tif 000003
シード膜306は、Mg1‐zXzO(X: Zn, Ca, Sr, Ba, Cd, 及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦z＜y）であってもよい。この際、MgとXの組成比（atm%の比）が岩塩構造を有する30:70〜100:0（0≦z≦0.7）であることが望ましい。これは、Xの組成比が70atm%よりも小さければ岩塩構造を保ち、かつXの組成比が小さくなるほどエネルギー障壁は大きくなるものの岩塩構造の(001)配向性は増大し、絶縁膜307の岩塩構造の(001)方向への配向を補助するためである。【００２８】
シード層306は、Mg1‐yXy（X: Zn, Ca, Sr, Ba, Cd, 及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦y≦1）、もしくはそれらを自然酸化させた膜であってもよい。これは、Mg1‐yXyは金属であるために抵抗が低く、かつ自然酸化がおきやすいため、低抵抗のシード層となりやすいためである。【００２９】
またシード層306の上に配向した絶縁層307の上に、さらにシード層を積層させても良い。これは絶縁層307の上にもシード層を設けることによって、絶縁層307の岩塩構造の(001)配向性を増大させるためである。この絶縁層307の上のシード層の膜厚は、MgOであれば上記と同様に0.4〜1.0nmの範囲で使用するのが望ましい。【００３０】
強磁性膜305と308のCoFeBは、非晶質であってもよく、適当な温度での熱処理によって結晶化させてもよい。またCoFeBの組成比は、体心立方格子となるCo組成が20〜60atm%、B組成が10〜30atm%の間で使用した。この組成範囲では、シード膜306と絶縁膜307の岩塩構造と、強磁性膜305と308の体心立方構造との結晶方位を(001)面に揃えることにより、強磁性層305と308の完全にスピン分極したΔ1バンドの電子が優先的にトンネルし、結果としてシード膜306を適用したトンネル磁気抵抗効果素子1ではトンネル磁気抵抗比の増大や面積抵抗の減少に作用するためである。さらに、強磁性膜308はCoFeB以外に、CoFeの単層膜、NiFeの単層膜、CoFe/NiFeあるいはCoFeB/NiFeの2層膜を用いてもよい。保護膜309は、Ta(5nm)/Ru(5nm)の2層膜で形成した。【００３１】
素材加工にはフォトリソグラフィーとイオンミリングを用い、2μｍ×4μｍの面積を持つトンネル磁気抵抗効果素子を作製した。このように作製されたトンネル磁気抵抗効果素子のトンネル磁気抵抗比は、熱処理を施すことにより増大させることが可能であり、強磁性膜308にCoFeBを用いた構成では、300℃で１時間の熱処理を施すことにより130%に達した。【００３２】
シード膜306と絶縁膜307の膜厚の合計を1.5nmに固定した場合、シード膜を用いないMgZnO(1.5nm)ではトンネル磁気抵抗比が105%に満たないのに対し、MgOシード膜を用いることでトンネル磁気抵抗比が130%に達した。
次に図10に、300℃で１時間熱処理したトンネル磁気抵抗効果素子1の、素子抵抗と素子抵抗との積である面積抵抗を示す。またシード膜306として使われているMgO膜の膜厚依存性を見ると、シード膜の膜厚が1.0nmでは面積抵抗が3000Ωμｍ２であるのに対し、シード膜の膜厚を1.0nmよりも薄くすることで、面積抵抗を半分以下まで低減させることを可能にした。
【実施例２】
【００３３】
図2は、本発明によるスピン注入素子の他の例を示す断面模式図である。この非局所スピン注入素子2は、下地膜300、配向制御膜301、反強磁性膜302、強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305、シード膜306、絶縁膜307、非磁性膜310を積層し、シード膜306の膜厚を適当に設計することにより面積抵抗と注入されたスピン流の分極率が最適化される。配向制御膜301から絶縁膜307までは［実施例１］と同一の構造であり、非磁性膜310は、スピン拡散長の長い非磁性体である。また、配向制御膜301から絶縁膜307までは膜厚方向に、非磁性膜310では膜面内の電極52が配置された方向に、電流が流れる様に電極51と52が設けられている。結果として、非磁性膜310の膜面内で、電極52が配置されている方向と逆方向に純粋スピン流が流れる構造となっている。本実施例では、非局所スピン注入素子２はスパッタリング法を用いて作製し、成膜後300℃でアニール処理を施した。【００３４】
シード膜306と絶縁膜307の膜厚の合計を1.5nmに固定した場合、シード膜を用いないMgZnO(1.5nm)では分極率が58%に満たないのに対し、MgOシード膜を用いると分極率が63%に達した。またシード膜306として使われているMgO膜の膜厚依存性を見ると、シード膜の膜厚が1.0nmでは面積抵抗が3000Ωμｍ２であるのに対し、シード膜の膜厚を1.0nmよりも薄くすることで、面積抵抗を半分以下にまで低減させることを可能にした。
【実施例３】
【００３５】
図3は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の他の例を示す断面模式図である。このトンネル磁気抵抗効果素子2は、図1に示したトンネル磁気抵抗効果素子1においてシード膜306と絶縁膜307の間に金属膜311を設けた素子に相当する。【００３６】
本実施例では、金属膜311に体心立方構造をもつ金属であるV(1nm)を用いた。シード膜306と絶縁膜307の間に金属膜311を設けることで、トンネル磁気抵抗効果素子2の抵抗はシード膜306と絶縁膜307の直列接続の抵抗になるため、金属膜311を設けていないトンネル磁気抵抗効果素子1よりも抵抗を下げることが可能となる。さらに挿入した金属膜311が体心立方構造を有していれば、シード膜306による絶縁膜307の岩塩構造の(001)方向への配向性改善の効果を失う事はない。図1１に示すように、CuやAgといった非磁性金属をシード膜と絶縁膜の間に設けるとシードの効果はほとんどみられないが、体心立方構造をもつVを設けていれば、ある程度シードの効果を保つことができる。金属膜311はV(1nm)以外に、シード膜306のシードの効果を保つ非磁性金属材料や膜厚を選択してもよい。得られた磁気抵抗比は実施例1とほぼ同様であり、130%程度であった。【００３７】
シード膜306や絶縁膜307で用いられた金属酸化物の金属であれば、シード膜306による絶縁膜307の岩塩構造の(001)方向への配向性改善の効果を失う事はない。故に、金属膜311はシード膜306や絶縁膜307で用いられた金属酸化物の金属Mg1‐yXy(X: Zn, Ca, Sr, Ba, Cd, 及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦y≦1）でもよい。図13に示すように、CuやAgといった非磁性金属をシード膜と絶縁膜の間に設けるとシードの効果はほとんどみられないが、シード膜と絶縁膜に使われているMgを設けていれば、ある程度シードの効果を保つことができる。
【実施例４】
【００３８】
図4は、本発明による非局所スピン注入素子の他の例を示す断面模式図である。この非局所スピン注入素子2は、図2に示した非局所スピン注入素子1においてシード膜306と絶縁膜307の間に金属膜311を設けた素子に相当する。【００３９】
本実施例では、金属膜311に体心立方構造をもつ金属であるV(1nm)を用いた。本構成では、トンネル磁気抵抗効果素子2と同様に、シード膜306による絶縁膜307の岩塩構造(001)方向の配向性向上の効果を維持しながら、非局所スピン注入素子2の抵抗をシード膜306と絶縁膜307の直列接続とすることで、素子抵抗を軽減しつつも63%程度の大きなスピン分極率を示した。
【実施例５】
【００４０】
図5は、本発明による磁気メモリセルの構成例を示す断面模式図である。この磁気メモリセルは、メモリセルとして実施例1に示したトンネル磁気抵抗効果素子1、もしくは実施例3に示したトンネル磁気抵抗効果素子２を搭載している。【００４１】
C-MOS11は、2つのn型半導体12，13と一つのp型半導体14からなる。n型半導体12にドレインとなる電極21が電気的に接続され、電極41及び電極47を介してグラウンドに接続されている。n型半導体13には、ソースとなる電極22が電気的に接続されている。さらに23はゲート電極であり、このゲート電極23のON/OFFによりソース電極22とドレイン電極21の間の電流をON/OFF制御する。上記ソース電極22に電極45、電極44、電極43、電極42、電極46が積層され、電極46を介してトンネル磁気抵抗効果素子10の配向制御膜300が接続されている。【００４２】
ビット線212は上記トンネル磁気抵抗効果素子10の保護膜307に接続されている。本実施例の磁気メモリセルでは、トンネル磁気抵抗効果素子10に流れる電流、いわゆるスピントランスファートルクによりトンネル磁気抵抗効果素子10の強磁性膜306の磁化方向を回転し、磁気的情報を記録する。また、前記のスピントランスファートルクを用いずに、ビット線212とワード線を兼ねる電極47に電流を流し、その周りに作られる磁界を用いてトンネル磁気抵抗効果素子10の強磁性膜306の磁化方向を回転し、磁気的情報を記録してもよい。スピントランスファートルクにより書込みを行った場合、書込み時の電力は電流磁界を用いた場合に比べ百分の一程度まで低減可能である。【００４３】
図6は、上記磁気メモリセルを配置した不揮発性磁気メモリの構成例を示す図である。ゲート電極23とビット線212がメモリセル100に電気的に接続されている。前記実施例に記載した磁気メモリセルを配置することにより前記磁気メモリは低消費電力で動作が可能であり、ギガビット級の高密度磁気メモリを実現可能である。
【実施例６】
【００４４】
図7は、本発明のトンネル磁気抵抗効果素子1による磁気センサーを搭載した磁気ヘッドの概念図である。基体100上に下部シールド35、トンネル磁気抵抗効果素子1、電極60、コイル71、上部コア81を形成し、対向面63を形成してなる。【００４５】
図8は、本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記憶装置の概念図である。ヘッドスライダー90を兼ねる基体100上にトンネル磁気抵抗効果素子1、電極60を形成し、これからなる磁気ヘッドを記録媒体91の記録トラック72上に位置決めして再生を行う。ヘッドスライダー90は記録媒体91上を、対向面63を対向させて0.1μｍ以下の高さに浮上、もしくは接触して相対運動を行う。この機構により、トンネル磁気抵抗効果素子1は、記録媒体91に記録された磁気的信号を、記録媒体91の漏れ磁界61から読み取ることができる。上記トンネル磁気抵抗効果素子1を搭載した磁気記憶装置は、従来構造のセンサーを搭載した磁気記憶装置に比べて、高密度に対応する良好な特性を示した。
【実施例７】
【００４６】
実施例７〜の実施例に用いる図面及びそれらの説明については、下記の符号を用いて行う。なお、実施例１〜6までの符号と同じ数字がふられているものがあるが、実施例７以降については、以下の符号及びその説明が当てはまる。300：下地膜、301：配向性制御膜、302：反強磁性膜、303：強磁性膜、304：非磁性膜、305：強磁性膜、306：シード膜、307：絶縁膜、308：強磁性膜、309：保護膜、310：非磁性シード膜、311：強磁性シード膜、1：トンネル磁気抵抗効果素子、10：トンネル磁気抵抗効果素子、11：トランジスタ、12：第一のn型半導体、13：第二のn型半導体、14：p型半導体、21：ドレイン電極、211：書込みワード線、212：ビット線、22：ソース電極、23：ゲート電極、41：電極、42：電極、43：電極、44：電極、45：電極、46：電極、47：電極、51：電極、52：電極、60：電極、61：記録媒体からの漏れ磁界、63：対向面、71：コイル、72：記録トラック、81：上部コア、90：スライダー、91：記録媒体、100：基板
図13は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す断面模式図である。このトンネル磁気抵抗効果素子1は、下地膜300、配向制御膜301、反強磁性膜302、強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305、シード膜306、絶縁膜307、強磁性膜308、保護膜309を積層して形成されている。本実施例では、トンネル磁気抵抗効果素子はマグネトロンスパッタリング法を用いて作製し、成膜後300℃で磁界中でのアニール処理を施した。【００４７】
下地膜300はTa (5 nm)/Ru (10 nm)/Ta (5 nm)、保護膜309はTa (5 nm)/Ru (5 nm)により形成した。配向制御膜301はNiFe (3 nm)により形成したが、反強磁性膜302の成長を実現することのできる他の材料を用いてもよい。反強磁性膜302にはMnIr (8 nm)を用いたが、膜厚は5 〜 15 nmの範囲で選択可能である。また、MnPtやMnFeなど、Mn化合物で構成される反強磁性膜を用いても安定に反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303にはCoFe (2.5 nm)を、非磁性シード膜304にはRu (0.8 nm)を、強磁性膜305には非晶質のCoFeB (3 nm)を用いた。強磁性膜303のCoFeの組成比は、主としてCo組成が50 〜 90 atm%の間で使用した。この組成範囲において、上記反強磁性膜302と安定した反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303、非磁性シード膜304、強磁性膜305は、強磁性膜303と強磁性膜305の磁化が反強磁性結合するような材料を選択した。シード膜306にはMgOを0.2〜 1.0 nmの膜厚の範囲で使用し、絶縁層307にはMg0.8Zn0.2Oをシード膜とあわせて1.5 nmになる膜厚にして用いた。シード膜306と絶縁膜307はともに岩塩構造を持つ膜で、(001)方向に配向している。強磁性膜308は非晶質のCoFeB (2.4 nm)を用いた。【００４８】
図１4に、磁気抵抗効果素子の面積抵抗RAのMgOシード膜厚依存性を示す。MgOを用いるとRA 〜1.15 kΩμm2でTMR比は〜140 %であったのに対し、Mg0.8Zn0.2Oを用いるとバンドギャップはMgOよりも小さいにも関わらずRA 〜1.91 kΩμm2と2倍近くに上昇し、かつTMR比は~ 80 %と半分程に減少した。これはMg0.7Zn0.3Oの岩塩構造(001)配向がMgOに比べて弱く、障壁膜中での減衰率が小さいΔ1バンドの電子の選択的な透過を妨げてしまうためと考えられる。結果として、トンネル磁気抵抗効果素子のRAが上昇し、またこの完全スピン分極しているΔ1バンドの電子の透過が妨げられた事でTMR比も減少していると考えられる。【００４９】
ここでMg0.8Zn0.2Oを用いた磁気抵抗効果素子において、Mg0.8Zn0.2Oの下にシード膜306としてMgOを配置すると、MgOの膜厚が増大と共にRAは急激に減少する。その一方で、MgOの膜厚が0.6 nmを超えると、素子のRAは増加に転じていく事がわかる。これはMgOをシード膜として配置する事により、Mg0.8Zn0.2Oの初期成長がMgOによって揃えられる事で岩塩構造(001)配向が安定化し、MgOと同様にΔ1バンドの電子が選択的な透過が達成されているためと考えられる。その一方で、MgOはMg0.8Zn0.2Oよりもバンドギャップが大きいため、MgOの膜厚が0.6 nmを超えると素子全体のRAも膜厚にあわせて増大していくと考えられる。これらの事からMg0.8Zn0.2Oの下にシード膜としてMgOを配置する構造においては、MgOシード膜厚は0.6 nmのときに素子特性を最大限改善できる事がわかった。【００５０】
絶縁膜307はMg1-aXaO (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、０＜a≦１）であっても良い。ここでXの組成割合が多い程バンドギャップは減少するが、その一方で混晶の岩塩構造はより不安定化する。そのため添加物Xに併せて、最適な組成aを選択する必要がある。【００５１】
シード膜306はMg1-bYbO (YはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦b＜a）であっても良い。ここでYの組成割合が多い程バンドギャップは減少するが、その一方で混晶の岩塩構造はより不安定化する。そのため添加物Yに併せて、最適な組成bを選択する必要がある。
【実施例８】
【００５２】
図15は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す断面模式図である。このトンネル磁気抵抗効果素子2は、下地膜300、配向制御膜301、反強磁性膜302、強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305、シード膜306、非磁性シード膜310、絶縁膜307、強磁性膜308、保護膜309を積層して形成されている。本実施例では、トンネル磁気抵抗効果素子はマグネトロンスパッタリング法を用いて作製し、成膜後300℃で磁界中でのアニール処理を施した。【００５３】
下地膜300はTa (5 nm)/Ru (10 nm)/Ta (5 nm)、保護膜309はTa (5 nm)/Ru (5 nm)により形成した。配向制御膜301はNiFe (3 nm)により形成したが、反強磁性膜302の成長を実現することのできる他の材料を用いてもよい。反強磁性膜302にはMnIr (8 nm)を用いたが、膜厚は5〜15 nmの範囲で選択可能である。また、MnPtやMnFeなど、Mn化合物で構成される反強磁性膜を用いても安定に反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303にはCoFe (2.5 nm)を、非磁性膜304にはRu (0.8 nm)を、強磁性膜305には非晶質のCoFeB (3 nm)を用いた。強磁性膜303のCoFeの組成比は、主としてCo組成が50 〜 90 atm%の間で使用した。この組成範囲において、上記反強磁性膜302と安定した反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305は、強磁性膜303と強磁性膜305の磁化が反強磁性結合するような材料を選択した。シード膜306にはMgO (0.6 nm)を使用し、非磁性シード膜としてV (1 nm)を、絶縁層307にはMg0.7Zn0.3O (0.9 nm)を用いた。シード膜306と絶縁膜307はともに岩塩構造を持つ膜で、(001)方向に配向している。非磁性シード膜310は、Na, Cr, Rb, Mo, Ba, 及びWを少なくとも一種含んだ体心立方格子構造を持つ材料を用いても良い。強磁性膜308には非晶質のCoFeB (2.4 nm)を用い、CoFeBの組成比は体心立方格子となるCo組成が20〜60 atm%、B組成が10〜30 atm%の間で使用した。【００５４】
シード膜306と絶縁膜307はともに絶縁体であるため、積層すると非常にRAが大きくなってしまう。そこでこの2層の間に非磁性金属を挿入すると、実質的には絶縁体の直列接続となるために、大幅な電気抵抗の減少が期待できる。しかしながらその一方で、2層の間に非磁性金属を挿入すると、シード膜306による配向性向上の効果がなくなってしまう可能性がある。そこで本実施例では、シード膜によって高配向した非磁性シード膜の上の絶縁膜307が岩塩構造(001)方向に高配向する様に、非磁性シード膜310には体心立方格子構造を持つ非磁性金属を用いた。【００５５】
図１6に、MgO(1.5 nm)とMg0.7Zn0.3O (15 nm)の間に、非磁性金属としてCu, Ag, Mg, Vを1 nm挿入したときのX線回折の結果を示す。膜厚はMg0.7Zn0.3O が圧倒的に厚いため、回折結果はほとんどMg0.7Zn0.3O の寄与によると考えられる。面心立方格子であるCuやAgを挿入すると、挿入しないときと比較して2θ〜42°のピーク強度は大きく減少している。これはMg0.7Zn0.3Oの岩塩構造の(001)配向性を大きく改善するMgOシードの効果が、間に面心立方格子構造を持つ非磁性金属を挿入する事により消失している事がわかる。その一方で体心立方格子であるVを挿入すると、2θ〜42°のピーク強度は挿入しないときの6割程度で、MgOシードの効果が依然保たれている事が分かる。【００５６】
非磁性シード膜310を用いないMgO (0.6 nm)/ Mg0.7Zn0.3O (0.9 nm)を障壁層に用いた磁気抵抗効果素子では、RAは1.05 kΩμm2でTMR比は70 %であった。その一方で、Vを挿入したMgO (0.6 nm)/V (1 nm)/Mg0.7Zn0.3O (0.9 nm)を障壁層に用いた磁気抵抗効果素子では、RAは0.6 kΩμm2でTMR比は55 %であった。TMR比はやや下がったものの、RAは大きく減少した。これはV挿入によって障壁層が実効的に直列接続の状態になり、またその一方でMg0.7Zn0.3Oの岩塩構造の(001)配向も保たれているため、Δ1バンドの電子の選択的な透過が起こり高いTMR比を維持しているためである。MgO (0.6 nm)とMg0.7Zn0.3O (0.9 nm)の直列接続を仮定した時よりも大幅にRAが大きくなっているのは、挿入したVの膜厚が薄いために電子の染み出しが起こり、実効的にはトンネル伝導と直列接続の中間の様な状態になっているためと考えられる。またTMR比がやや減少しているのは、Vを挿入する事によって、Mg0.7Zn0.3O (0.9 nm)の岩塩構造の(001)配向が悪くなるためである。【００５７】
絶縁膜307はMg1-aXaO (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0＜a≦1）であっても良い。ここでXの組成割合が多ければ多い程バンドギャップは減少するが、その一方で混晶の岩塩構造はより不安定化する。そのため添加物Xに併せて、最適な組成aを選択する必要がある。【００５８】
シード膜306はMg1-bYbO (YはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦b＜a）であっても良い。ここでYの組成割合が多い程バンドギャップは減少するが、その一方で混晶の岩塩構造はより不安定化する。そのため添加物Yに併せて、最適な組成bを選択する必要がある。【００５９】
非磁性シード膜310は、Mg1-cXc (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦c＜1)を用いても良い。これは、Mg1-cXcは絶縁膜307の組成の一部であり、かつ酸化を起こしやすい材料であるため、絶縁膜307の結晶化を阻害しにくいためである。実際に図18に示す様に、非磁性シードとしてMg (1 nm)を挿入すると、2θ〜42°のピーク強度は挿入しないときの25%程度で、V程ではないがMg0.7Zn0.3Oの岩塩構造の(001)配向を維持している事が分かる。
【実施例９】
【００６０】
図17は、本発明による非局所スピン注入素子の一例を示す断面模式図である。この非局所スピン注入素子1は、下地膜300、配向制御膜301、反強磁性膜302、強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305、シード膜306、絶縁膜307、非磁性伝導膜311、保護膜309を積層して形成されている。本実施例では、非局所スピン注入素子はマグネトロンスパッタリング法を用いて作製し、成膜後300℃で磁界中でのアニール処理を施した。【００６１】
下地膜300はTa (5 nm)/Ru (10 nm)/Ta (5 nm)、保護膜309はTa (5 nm)/Ru (5 nm)により形成した。配向制御膜301はNiFe (3 nm)により形成したが、反強磁性膜302の成長を実現することのできる他の材料を用いてもよい。反強磁性膜302にはMnIr (8 nm)を用いたが、膜厚は5 〜15 nmの範囲で選択可能である。また、MnPtやMnFeなど、Mn化合物で構成される反強磁性膜を用いても安定に反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303にはCoFe (2.5 nm)を、非磁性膜304にはRu (0.8 nm)を、強磁性膜305には非晶質のCoFeB (3 nm)を用いた。CoFeBの組成比は体心立方格子となるCo組成が20〜60 atm%、B組成が10〜30 atm%の間で使用した。強磁性膜303のCoFeの組成比は、主としてCo組成が50 〜90 atm%の間で使用した。この組成範囲において、上記反強磁性膜302と安定した反強磁性結合を実現できる。強磁性膜303、非磁性膜304、強磁性膜305は、強磁性膜303と強磁性膜305の磁化が反強磁性結合するような材料を選択した。シード膜306にはMgO (0.6 nm)を使用し、絶縁層307にはMg0.5Ca0.5O (0.9 nm)を用いた。シード膜306と絶縁膜307はともに岩塩構造を持つ膜で、(001)方向に配向している。非磁性伝導膜311にはAg(20 nm)を使用した。【００６２】
シード膜306を用いないMg0.5Ca0.5O (1.5 nm)を絶縁膜307に用いた非局所スピン注入素子ではRA〜 1.50 kΩμm2となり、MgO (1.5 nm)を用いた素子の約1.5倍近くに上昇した。またスピン分極率はMgO単層を用いた素子で〜0.64であったのに対し、Mg0.5Ca0.5O単層では 〜 0.51と小さくなった。これはCaの添加によってMg0.5Ca0.5Oの岩塩構造(001)配向が弱まっているため、絶縁膜中での減衰率が小さいΔ1バンドの電子が選択的な透過を妨げてしまう事でRAが上昇し、またこの完全スピン分極しているΔ1バンドの電子の透過が妨げられた事でスピン分極率も減少していると考えられる。【００６３】
しかしMgO (0.6 nm)/Mg0.5Ca0.5O (0.9 nm)を用いた非局所スピン注入素子においては、スピン分極率 〜 0.60とほぼMgOと同じスピン分極率を維持し、RAは 〜 1.00 kΩμm2となってMgOよりも低抵抗化を達成している。これは実施例1のMgO (0.6 nm)/Mg0.7Zn0.3O (0.9 nm)と同様にMgOが結晶構造を安定化させるシードとしての効果を果たし、Mg0.5Ca0.5Oの岩塩構造(001)配向が安定化する事で、MgOと同様にΔ1バンドの電子が選択的な透過が達成されているためと考えられる。【００６４】
絶縁膜307はMg1-aXaO (XはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0<a≦1）であっても良い。ここでXの組成割合が多ければ多い程バンドギャップは減少するが、その一方で混晶の岩塩構造はより不安定化する。そのため添加物Xに併せて、最適な組成aを選択する必要がある。【００６５】
シード膜306はMg1-bYbO (YはZn, Cd, Ca, Sr, Ba,及びBの内から選んだ一種または二種以上、0≦b＜a）であっても良い。ここでYの組成割合が多い程バンドギャップは減少するが、その一方で混晶の岩塩構造はより不安定化する。そのため添加物Yに併せて、最適な組成bを選択する必要がある。【００６６】
非磁性伝導膜311は、スピン拡散長の長いAg, Cu, V, Pd, Auを少なくとも一種含んだ非磁性金属、またはGeやGaAs等の半導体であっても良い。
【実施例１０】
【００６７】
図18は、本発明による磁気メモリセルの構成例を示す断面模式図である。この磁気メモリセルは、メモリセルとして実施例1,2に示したトンネル磁気抵抗効果素子1,2を搭載している。【００６８】
C-MOS 11は、2つのn型半導体12, 13と一つのp型半導体14からなる。n型半導体12にドレインとなる電極21が電気的に接続され、電極41及び電極47を介してグラウンドに接続されている。n型半導体13には、ソースとなる電極22が電気的に接続されている。さらに23はゲート電極であり、このゲート電極23のON/OFFによりソース電極22とドレイン電極21の間の電流をON/OFF制御する。上記ソース電極22に電極45、電極44、電極43、電極42、電極46が積層され、電極46を介してトンネル磁気抵抗効果素子10の下地膜300が接続されている。【００６９】
ビット線212は上記トンネル磁気抵抗効果素子10の保護膜309に接続されている。本実施例の磁気メモリセルでは、トンネル磁気抵抗効果素子10に流れる電流、いわゆるスピントランスファートルクによりトンネル磁気抵抗効果素子10の強磁性膜308の磁化方向を回転し、磁気的情報を記録する。また、前記のスピントランスファートルクを用いずに、ビット線212とワード線を兼ねる電極47に電流を流し、その周りに作られる磁界を用いてトンネル磁気抵抗効果素子10の強磁性膜308の磁化方向を回転し、磁気的情報を記録してもよい。スピントランスファートルクにより書込みを行った場合、書込み時の電力は電流磁界を用いた場合に比べ百分の一程度まで低減可能である。【００７０】
図19は、上記磁気メモリセルを配置した不揮発性磁気メモリの構成例を示す図である。ゲート電極23とビット線212がメモリセル100に電気的に接続されている。前記実施例に記載した磁気メモリセルを配置することにより前記磁気メモリは低消費電力で動作が可能であり、ギガビット級の高密度磁気メモリを実現可能である。
【実施例１１】
【００７１】
図20は、本発明のトンネル磁気抵抗効果素子1,2及び非局所スピン注入素子1による磁気センサーを搭載した磁気ヘッドの概念図である。基体100上に下部シールド35、トンネル磁気抵抗効果素子1、電極60、コイル71、上部コア81を形成し、対向面63を形成してなる。【００７２】
図21は、本発明の磁気ヘッドを用いた磁気記憶装置の概念図である。ヘッドスライダー90を兼ねる基体100上にトンネル磁気抵抗効果素子1、電極60を形成し、これからなる磁気ヘッドを記録媒体91の記録トラック72上に位置決めして再生を行う。ヘッドスライダー90は記録媒体91上を、対向面63を対向させて0.1μｍ以下の高さに浮上、もしくは接触して相対運動を行う。この機構により、トンネル磁気抵抗効果素子1は、記録媒体91に記録された磁気的信号を、記録媒体91の漏れ磁界61から読み取ることができる。上記トンネル磁気抵抗効果素子1を搭載した磁気記憶装置は、従来構造のセンサーを搭載した磁気記憶装置に比べて、高密度に対応する良好な特性を示した。
【符号の説明】
【００７３】
1：トンネル磁気抵抗効果素子、10：トンネル磁気抵抗効果素子、11：トランジスタ
、12：第一のn型半導体、13：第二のｎ型半導体、14：p型半導体、21：ドレイン電極、211：書込みワード線、212：ビット線、22：ソース電極、23：ゲート電極、300：配向制御膜、301：反強磁性膜、302：強磁性膜、303：非磁性膜、304：強磁性膜、305：絶縁膜、306：強磁性膜、307：保護膜、308：非磁性膜、309：強磁性膜、310：反強磁性膜、41：電極、42：電極、43：電極、44：電極、45：電極、46：電極、47：電極、51：電極、52：電極、60：電極、61：記録媒体からの漏れ磁界、63：対向面、71：コイル、72：記録トラック、81：上部コア、90：スライダー、91：記録媒体、100：基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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